انرژی تاریک

بسم الله الرحمن الرحیم
والحمد لله رب العالمین.
سلام و رحمت و برکات خداوند بر شما.

انرژی تاریک:

مشاهدات نجومی در قرن بیستم به کشف یک اَبَرنواختر (یا سوپرنوا) از نوع Ia که پس از انفجار یک کوتولۀ سفید با جرم 1_/4 برابر جرم خورشید به وجود آمده بود انجامید.

این نوع سوپرنوا استانداردی در ستاره‌شناسی است که با آن می‌توان فواصل کیهانی را به دقت تعیین نمود؛ زیرا این نوع کوتوله‌های سفید به هنگام انفجار و تبدیل شدن به ابرنواختر همه یک میزان روشنایی از خود ساطع می‌کنند و با سرعت یکسانی درخشندگی خود را از دست می‌دهند چرا که تقریباً همگی از یک ترکیب برخوردار هستند و هنگام رسیدن به همان جرم مزبور یعنی 1_/4 برابر جرم خورشید منفجر می‌شوند.

این جرم به این‌صورت حاصل می‌شود که اجسام دور دست خوراکی برای این کوتوله‌های سفید می‌شوند، آن‌ها شروع به جذب گازهای غنی از هیدروژن ستارۀ پیری که همراهشان است می‌کنند و در نتیجه چگالی و حرارتشان به‌طور مرتب زیاد می‌شود تا به دمایی بیش از 10 میلیون درجه می‌رسد و در نتیجه برای کل کوتولۀ سفید یک همجوشی هسته‌ای رخ می‌دهد، ستاره مشتعل شده انفجار بزرگی رخ می‌دهد و در نتیجۀ ستارۀ شعله‌ور و از هم‌ گسیخته اَبَرنواختری از نوع Ia پدید می‌آید.

اما آنچه باعث افزایش یا کاهش میزان درخشندگی آن‌ها می‌شود فاصلۀ بین آن‌ها تا ناظر یا دوری و نزدیکی ابرنواختر نسبت به رصدکننده است و همین نکته (همان طور که پیش‌تر شرح داده شد‌) استانداردی برای تعیین دقیق فواصل کیهانی در نظر گرفته می‌شود.

به عنوان مثال اگر ما بدانیم ابرنواختری چقدر با ما فاصله دارد سپس بخواهیم فاصلۀ خودمان تا یک ابرنواختر دیگر را که یک‌چهارم ابرنواختر اول درخشندگی دارد اندازه‌گیری کنیم به این معنی است که فاصلۀ ما تا ابرنواختر دوم، دو برابر فاصله‌مان تا ابرنواختر اول است؛ زیرا میزان تابش متناسب با عکس مربع فاصله است، به عبارت دیگر اگر ما فاصلۀ میان خود و ابرنواختری را بدانیم می‌توانیم میزان درخشندگی آن را نیز محاسبه نماییم.

از آنجا که ابرنواخترها در هستیِ پیرامون ما به‌طور پیوسته در حال انفجار هستند اطلاعات زیاد و دقیقی از فواصل کیهانی برای ما فراهم شده است. همچنین بررسی آن‌ها سرعت انبساط هستی (ماده و انرژی) را نیز نشان می‌دهد.

در پایان قرن بیستم گروهی از پژوهشگرانی که به رصد ابرنواخترها می‌پرداختند متوجه شدند یکی از ابرنواخترهای دور از ما سریع‌تر از آنچه مورد انتظار بود درخشندگیش را از دست داد. این به آن معنا است که هستی با سرعتی بیش از آنچه پیش‌تر گمان می‌رفت در حال انبساط است. این هم به نوبۀ خود به این معنی است که یک انرژی بزرگ و غول‌پیکر مجهول وجود دارد که در برابر گرانش جرم مادۀ کیهانی ایستادگی می‌کند و هستی را به سمت انبساط با شتاب بیشتر سوق می‌دهد.

پس از فراهم آمدن ابزارهایی برای اندازه‌گیری دقیق مسافت‌های کیهانی با اندازه‌گیری فاصله‌های کهکشان‌ها و سرعت دور شدن آن‌ها، کیهان‌شناسان دریافتند انرژی بزرگ ناشناخته‌ای وجود دارد که با نیروی گرانش ماده در هستی مقابله می‌کند و در فرایند انبساط دایمی و پرشتاب هستی مشارکتی فعال دارد، این انرژی را «انرژی تاریک» نام نهادند.

با توجه به مبانی ریاضی و بر اساس مطالب گفته‌ شده و نتایج رصدهای صورت‌ گرفته اخترشناسان توانستند مقدار اختلاف

را با دقت 0_/03 اندازه‌گیری کنند.

عبارت است از نسبت چگالی انرژی تاریک به چگالی بحرانی.

عبارت است از نسبت میانگین چگالی کل مادۀ موجود در هستی به چگالی بحرانی.

چگالی بحرانی یعنی چگالی که طبق معادلات اینشتین انحنای کیهان در آن چگالی صفر می‌شود.

طبق یافته‌های به دست آمده از مشاهدات نجومی در کیهان مرئی میانگین نسبت چگالی کل مادۀ موجود در هستی به همراه مادۀ تاریک (که بر اساس جاذبه‌اش در این فرایند مشارکت دارد‌) به چگالی بحرانی تقریباً برابر است با 0_/25 یعنی تقریباً:

و از معادلۀ فوق مقدار زیر قابل محاسبه است:

و به‌طور تقریبی:

یعنی:

و این مقدار از نظر برخی دانشمندان فیزیک و اخترشناسان تقریباً برابر «یک» است و این یعنی انحنای جهان برابر با صفر است.

از معادلات نسبیت اینشتین در مورد شکل هستی و انبساط یا پایداری آن می‌توان مقدار چگالی بحرانی ماده در کیهان را به دست آورد. چگالی بحرانی یعنی چگالی ماده در هستی که در آن انحنای فضا صفر می‌شود؛ ولی در حال حاضر چگالی محاسباتی هستی از طریق جرم معادل مقدار انرژی که معادلۀ اینشتین یعنی  E=MC2 به دست می‌دهد محاسبه می‌شود که به چگالی واقعی معروف است.

اگر چگالی واقعی بیشتر از چگالی بحرانی باشد یعنی هستی انحنای مثبت دارد (مانند سطح کره‌) و این خود به آن معنا است که اگر هستی ما منبسط و گسترده شود نهایت کارش به انقباض کشیده خواهد شد و انبساط بدون توقف آن ادامه نخواهد یافت.

اگر چگالی واقعی کمتر از چگالی بحرانی باشد به مفهوم این است که جهان انحنای منفی پیدا می‌کند (مانند سطح هذلولی سهموی یا زین اسب‌) و انبساط آن بی‌توقف ادامه خواهد داشت.

معنای مساوی بودن چگالی واقعی و چگالی بحرانی هم این است که هستی فاقد انحنا است یا به عبارت دیگر مسطح است، در این حالت انبساط آن ادامه خواهد یافت؛ ولی میانگین انبساطش به تدریج کم خواهد شد تا در نهایت به صفر نزدیک شود.

بر اساس نتایج پیشین این نسبت تقریباً برابر یک است یعنی چگالی فعلی برابر با چگالی بحرانی است یا به عبارت دیگر هستی بدون انحنا یا مسطح است.

علاوه بر اطلاعات به دست آمده از اَبَرنواخترها (که پیشتر بحث شد) رصد تابش پس‌ زمینۀ کیهانی و ترسیم نقشۀ دقیق انحرافات آن در پایان قرن بیستم و آغاز قرن بیست‌ویکم به وسیلۀ ابزارهای پیشرفته‌ای که بر بالن‌ها و ماهواره‌های فضایی سوار می‌شوند دانشمندان توانستند مجموع هردو را که تقریباً 1_/02 بود با دقت احتمالی به میزان 0_/02 دریابند.

اگر ما برای درک تفاوت مقدار بین این دو به نتیجۀ به دست آمده از ابرنواخترها مراجعه کنیم تقریباً به همین نتیجه می‌رسیم یعنی اینکه مجموع این دو تقریباً عدد صحیح «یک» است و این یعنی:

ثابت کیهانی در معادلۀ اینشتین بر خلاف آنچه قبلاً انتظار می‌رفت صفر نیست؛ بلکه در این بین انرژی ناشناخته‌ای (یا آن‌طور که نام گرفته انرژی تاریک) وجود دارد که در واقع بخش اعظم انرژی مؤثر در هستی است و اگر آن را به جرم تبدیل کنیم سهم بیشتری نسبت به جرم هستی خواهد داشت و موضوع دیگر اینکه جهان بدون انحنا یا مسطح است.

• تاریخ انتشار پیام در صفحه فیس‌بوک سید احمد الحسن(ع): 23 فوریه ۲۰۱۴